Autor: Hanns-Christoph Zebe
Gründächer erfüllen vielerlei Funktionen. Sie können die Wärmedämmung im System ergänzen, verbessern die Lebenserwartung einer Dachabdichtung, bieten in Abhängigkeit der Maßnahme Lebensraum für Pflanzen und Tiere und wirken bei der Regenwasserretention. Darüber hinaus können sie das Kleinklima verbessern und eine wichtige Rolle als Nutzungsfläche spielen. Als Standort für Anlagen zur Sonnenenergienutzung erlangen sie zusätzliche Bedeutung.
Photovoltaikanlagen erzeugen aus Sonnenlicht Strom und sind durch dessen Einspeisung in das öffentliche Netz auch wirtschaftlich interessante Kapitalanlagen. Das „Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien“ (Erneuerbare Energiengesetz - EEG) garantiert eine Mindestvergütung für eine Laufzeit von 20 Jahren. Zum Einen ist über diesen Zeitraum die Funktionsfähigkeit der Tragkonstruktion und der Dachabdichtung sicher zu stellen. Zum Anderen ist auch die entsprechende Lagesicherung gegen Windlasten durch Sog und Druck wichtig. Damit Photovoltaik-Anlagen in idealer Weise ihre Leistung erbringen können, sind diese in einem Neigungswinkel von 28 ° und nach Süden ausgerichtet aufzustellen.
Lagesicherung
Für die Lagesicherung der Tragkonstruktion aufgeständerter Solarelemente sind zwei Varianten denkbar. So können die entstehenden Lasten durch die Abdichtungslage hindurch durch Befestigung am Dachtragwerk eingeleitet werden. Hierbei ist zu beachten, dass auch die Dachabdichtung durchbrochen wird und eine Vielzahl von Durchdringungsstellen mit potenziellen Undichtigkeiten entsteht. Diese, eher ungünstige Methode der Lagesicherung empfiehlt sich nur bei Dachkonstruktionen, die keine ausreichenden Lastreserven für eine Lagesicherung nach der zweiten Variante ermöglichen.
Bei der zweiten Variante wird die Tragkonstruktion allein durch Auflast lagesicher gehalten. Hierbei können bei entsprechenden Tragfähigkeiten der Unterkonstruktion auf der Dachabdichtung Fundamente betoniert werden oder großformatige Bordsteine ausgelegt werden. Bekannt sind auch Konstruktionen mit Wannen, die mit Kies gefüllt sind. Bei diesen Lösungen entstehen allerdings hohe Punktlasten. Günstiger sind Lösungen, die in den Schichtenaufbau integriert sind und z.B. das Substrat des Begrünungsaufbaus als Auflast mit nutzen.
Integration Photovoltaik
Die lage- und windsogsichere Befestigung der Solarelemente erfolgt hierbei ohne Durchdringung der Dachabdichtung mit der ZinCo-Solarbasis® SB 200. Diese vormontierten Trägerplatten werden durchdringungsfrei und mit einer hohen Lastverteilung in den Gründachaufbau integriert. Die eigentliche Lagesicherung gegen Windsog wird durch die Auflast der Substratschüttung sichergestellt. Es ist darauf zu achten, dass die statisch erforderliche Auflast auch im trockenen Zustand nicht unterschritten wird.
Die Solarbasis übernimmt sowohl die Dränage- und Wasserspeicherfunktion für die Dachbegrünung und dient gleichzeitig als Basis zur Montage des Solargrundrahmens SGR 35/90 aus Aluminium, der die richtige Neigung der Solarmodule gewährleistet und den nötigen Abstand zur Substratschicht sicherstellt. Diese einfache und durchdachte Verlegetechnik erleichtert die Montage auf dem Dach.
Wesentlich ist selbstverständlich, dass es zu keiner Verschattung der Solarmodule durch die Bepflanzung kommt. Daher sind niedrige, bodendeckende Extensivbegrünungen wie die ZinCo-Pflanzengemeinschaft „Sedumteppich“ ideal.
Wenn die Solaranlagen – wie oft üblich – bis fast an den Dachrand heran gebaut werden, lässt sich die Solarbasis sogar mit einem Schienensystem zur Absturzsicherung, wie dem ZinCo-Fallnet®, kombinieren. Die persönliche Schutzausrüstung wird an dieser schienengeführten Anschlageinrichtung eingehängt und Pflege- und Wartungsarbeiten sind sicher durchführbar.
Nutzen der Dachbegrünung
Fach- und sachgerechte Planung und Ausführung vorausgesetzt, weisen Gründächer bautechnische und bauphysikalische Vorteile auf. Sie verringern die physikalischen, chemischen und biologischen Beanspruchungen insbesondere der Dachabdichtung. Dies wirkt sich auf die Lebensdauer der einzelnen Funktionsschichten im Dachaufbau aus. Darüber hinaus wird der sommerliche Wärmeschutz verbessert. Dieses Argument ist auch für die Investition in eine Photovoltaik-Anlage bedeutsam, die ja eine Einspeisevergütung und somit auch eine entsprechende Kapitalisierung über einen Zeitraum von 20 Jahren sicher stellen soll.
Temperatureinflüsse auf den Wirkungsgrad der PV-Elemente
Mit jedem Grad Temperaturerhöhung liefern Solarzellen aus kristallinem Silizium im Durchschnitt etwa 0,5 % weniger Strom. In der Folge zeigt sich, dass der Wirkungsgrad von kristallinen Silizium-Solarzellen besser ist, je kälter sie sind. Die normierte Leistung eines Solarmoduls wird vom Hersteller pro m² auf 1000 Watt Einstrahlung bei 25°C Zelltemperatur bezogen und als Maximalleistung (Peak-Leistung) in Watt peak (Wp) angegeben. Erhitzt sich ein Photovoltaik-Element von 25°C auf 65°C, so ist durch die Temperaturdifferenz von 40 Kelvin zum 'Normwert' eine ca. 40 K x 0,5%/K = 20 % geringere Stromausbeute zu erwarten. Aus energetischer, aber auch aus wirtschaftlicher Sicht ist es sinnvoll, sicher zu stellen, dass sich die Modultemperatur der Elemente insbesondere im Sommer nicht zu sehr erhöht.
Da ein Gründach eine bedeutend geringere Oberflächentemperatur aufweist als ein nacktes oder bekiestes Dach, bleibt auch das Photovoltaik-Modul über einem Gründach kühler und somit der Wirkungsgrad höher. Die Fa. ZinCo hat durch eine eigene Versuchsanlage über einen Zeitraum von drei Jahren diesen Effekt mit Zahlen belegt.
Die Auswertungen zeigten, dass die Temperatur des Solarmoduls über der Dachbegrünung am nächsten an der Lufttemperatur blieb, wogegen die Solarmodule über der Bitumenabdichtung deutlich wärmer wurden. Die Messwerte des Jahres 2010 erbrachten eine Differenz von durchschnittlich 8 Kelvin, was einer Leistungsdifferenz von 8K x 0,5%/K = 4% gleichkommt. Abhängig von der Größe einer Solaranlage wirken sich 4% Leistungssteigerung durch eine vorhandene Dachbegrünung natürlich finanziell erheblich aus.
Fazit
Durchdringungsfreie Elemente zur Lagesicherung von Modulstützen haben sich in der Praxis auf Flachdächern bewährt. Die entsprechend geplante Auflast in einem Gründachaufbau gewährleistet eine flächenhafte Verteilung der auftretenden Kräfte. Die Lebensdauer einer Dachabdichtung unter einem sinnvoll geplanten Begrünungsaufbau wird erhöht und die günstige Modultemperatur steigert die Leistungswerte der Photovoltaik-Anlage um etwa 4%.
Gründächer erfüllen vielerlei Funktionen. Sie können die Wärmedämmung im System ergänzen, verbessern die Lebenserwartung einer Dachabdichtung, bieten in Abhängigkeit der Maßnahme Lebensraum für Pflanzen und Tiere und wirken bei der Regenwasserretention. Darüber hinaus können sie das Kleinklima verbessern und eine wichtige Rolle als Nutzungsfläche spielen. Als Standort für Anlagen zur Sonnenenergienutzung erlangen sie zusätzliche Bedeutung.
Photovoltaikanlagen erzeugen aus Sonnenlicht Strom und sind durch dessen Einspeisung in das öffentliche Netz auch wirtschaftlich interessante Kapitalanlagen. Das „Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien“ (Erneuerbare Energiengesetz - EEG) garantiert eine Mindestvergütung für eine Laufzeit von 20 Jahren. Zum Einen ist über diesen Zeitraum die Funktionsfähigkeit der Tragkonstruktion und der Dachabdichtung sicher zu stellen. Zum Anderen ist auch die entsprechende Lagesicherung gegen Windlasten durch Sog und Druck wichtig. Damit Photovoltaik-Anlagen in idealer Weise ihre Leistung erbringen können, sind diese in einem Neigungswinkel von 28 ° und nach Süden ausgerichtet aufzustellen.
Lagesicherung
Für die Lagesicherung der Tragkonstruktion aufgeständerter Solarelemente sind zwei Varianten denkbar. So können die entstehenden Lasten durch die Abdichtungslage hindurch durch Befestigung am Dachtragwerk eingeleitet werden. Hierbei ist zu beachten, dass auch die Dachabdichtung durchbrochen wird und eine Vielzahl von Durchdringungsstellen mit potenziellen Undichtigkeiten entsteht. Diese, eher ungünstige Methode der Lagesicherung empfiehlt sich nur bei Dachkonstruktionen, die keine ausreichenden Lastreserven für eine Lagesicherung nach der zweiten Variante ermöglichen.
Bei der zweiten Variante wird die Tragkonstruktion allein durch Auflast lagesicher gehalten. Hierbei können bei entsprechenden Tragfähigkeiten der Unterkonstruktion auf der Dachabdichtung Fundamente betoniert werden oder großformatige Bordsteine ausgelegt werden. Bekannt sind auch Konstruktionen mit Wannen, die mit Kies gefüllt sind. Bei diesen Lösungen entstehen allerdings hohe Punktlasten. Günstiger sind Lösungen, die in den Schichtenaufbau integriert sind und z.B. das Substrat des Begrünungsaufbaus als Auflast mit nutzen.
Integration Photovoltaik
Die lage- und windsogsichere Befestigung der Solarelemente erfolgt hierbei ohne Durchdringung der Dachabdichtung mit der ZinCo-Solarbasis® SB 200. Diese vormontierten Trägerplatten werden durchdringungsfrei und mit einer hohen Lastverteilung in den Gründachaufbau integriert. Die eigentliche Lagesicherung gegen Windsog wird durch die Auflast der Substratschüttung sichergestellt. Es ist darauf zu achten, dass die statisch erforderliche Auflast auch im trockenen Zustand nicht unterschritten wird.
Die Solarbasis übernimmt sowohl die Dränage- und Wasserspeicherfunktion für die Dachbegrünung und dient gleichzeitig als Basis zur Montage des Solargrundrahmens SGR 35/90 aus Aluminium, der die richtige Neigung der Solarmodule gewährleistet und den nötigen Abstand zur Substratschicht sicherstellt. Diese einfache und durchdachte Verlegetechnik erleichtert die Montage auf dem Dach.
Wesentlich ist selbstverständlich, dass es zu keiner Verschattung der Solarmodule durch die Bepflanzung kommt. Daher sind niedrige, bodendeckende Extensivbegrünungen wie die ZinCo-Pflanzengemeinschaft „Sedumteppich“ ideal.
Wenn die Solaranlagen – wie oft üblich – bis fast an den Dachrand heran gebaut werden, lässt sich die Solarbasis sogar mit einem Schienensystem zur Absturzsicherung, wie dem ZinCo-Fallnet®, kombinieren. Die persönliche Schutzausrüstung wird an dieser schienengeführten Anschlageinrichtung eingehängt und Pflege- und Wartungsarbeiten sind sicher durchführbar.
Nutzen der Dachbegrünung
Fach- und sachgerechte Planung und Ausführung vorausgesetzt, weisen Gründächer bautechnische und bauphysikalische Vorteile auf. Sie verringern die physikalischen, chemischen und biologischen Beanspruchungen insbesondere der Dachabdichtung. Dies wirkt sich auf die Lebensdauer der einzelnen Funktionsschichten im Dachaufbau aus. Darüber hinaus wird der sommerliche Wärmeschutz verbessert. Dieses Argument ist auch für die Investition in eine Photovoltaik-Anlage bedeutsam, die ja eine Einspeisevergütung und somit auch eine entsprechende Kapitalisierung über einen Zeitraum von 20 Jahren sicher stellen soll.
Temperatureinflüsse auf den Wirkungsgrad der PV-Elemente
Mit jedem Grad Temperaturerhöhung liefern Solarzellen aus kristallinem Silizium im Durchschnitt etwa 0,5 % weniger Strom. In der Folge zeigt sich, dass der Wirkungsgrad von kristallinen Silizium-Solarzellen besser ist, je kälter sie sind. Die normierte Leistung eines Solarmoduls wird vom Hersteller pro m² auf 1000 Watt Einstrahlung bei 25°C Zelltemperatur bezogen und als Maximalleistung (Peak-Leistung) in Watt peak (Wp) angegeben. Erhitzt sich ein Photovoltaik-Element von 25°C auf 65°C, so ist durch die Temperaturdifferenz von 40 Kelvin zum 'Normwert' eine ca. 40 K x 0,5%/K = 20 % geringere Stromausbeute zu erwarten. Aus energetischer, aber auch aus wirtschaftlicher Sicht ist es sinnvoll, sicher zu stellen, dass sich die Modultemperatur der Elemente insbesondere im Sommer nicht zu sehr erhöht.
Da ein Gründach eine bedeutend geringere Oberflächentemperatur aufweist als ein nacktes oder bekiestes Dach, bleibt auch das Photovoltaik-Modul über einem Gründach kühler und somit der Wirkungsgrad höher. Die Fa. ZinCo hat durch eine eigene Versuchsanlage über einen Zeitraum von drei Jahren diesen Effekt mit Zahlen belegt.
Die Auswertungen zeigten, dass die Temperatur des Solarmoduls über der Dachbegrünung am nächsten an der Lufttemperatur blieb, wogegen die Solarmodule über der Bitumenabdichtung deutlich wärmer wurden. Die Messwerte des Jahres 2010 erbrachten eine Differenz von durchschnittlich 8 Kelvin, was einer Leistungsdifferenz von 8K x 0,5%/K = 4% gleichkommt. Abhängig von der Größe einer Solaranlage wirken sich 4% Leistungssteigerung durch eine vorhandene Dachbegrünung natürlich finanziell erheblich aus.
Fazit
Durchdringungsfreie Elemente zur Lagesicherung von Modulstützen haben sich in der Praxis auf Flachdächern bewährt. Die entsprechend geplante Auflast in einem Gründachaufbau gewährleistet eine flächenhafte Verteilung der auftretenden Kräfte. Die Lebensdauer einer Dachabdichtung unter einem sinnvoll geplanten Begrünungsaufbau wird erhöht und die günstige Modultemperatur steigert die Leistungswerte der Photovoltaik-Anlage um etwa 4%.
